Айзек Азимов - Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики

Это утверждение было практически проверено Паскалем в 1658 году. Он послал своего родственника на соседнюю возвышенность с барометром в руке. На высоте в один километр высота ртутного столба понизилась на десять процентов, с 76 до 68 сантиметров.

Кроме того, атмосфера Земли распределена вокруг нее неравномерно. Движения воздушных масс, которые вызваны неравномерностью их прогрева, приводят к тому, что в одном месте накапливается большее количество атмосферного воздуха, а в другом соответственно меньшее. Снимая показания барометра, находящегося на уровне моря, мы можем получить и такое «высокое» давление, как 31 in Hg, и такое «низкое», как 29 in Hg. (В центре урагана давление может быть даже еще ниже, вплоть до 27 in Hg.) Эти «высоты» и «понижения» давления в основном путешествуют с запада на восток по земному шару, а потому мы можем использовать их движение для того, чтобы предсказывать погоду. Прибытие областей высокого давления (повышающийся барометр) обычно означает хорошую погоду, в то время как прибытие областей низкого давления (падающий барометр), как правило, обещает ухудшение погоды, бури и штормы.

Несмотря на то что на каждый дюйм поверхности человеческого тела давит вес в 14,7 фунта, человечество, привыкшее к этому давлению с самого своего рождения, не замечает его. В течение тысячелетий люди полагали, что воздух — невесомый. (До сих пор мы все еще говорим «легкий как воздух» или «легкий, воздушный» или «надутый» в смысле «наполненный ничем».)

Причиной этого является то, что воздух прикладывает свое давление во всех направлениях, как это делают и все жидкости. Пустой воздушный шар, несмотря на то что на него давит воздух высотой во много миль, не сомнется, если развязать его, потому что давление воздуха внутри его и давление снаружи — равны. «Откачайте» ртом давление внутри шара так, чтобы давление внутри его было меньше, чем давление снаружи, и тогда его стенки сомнутся. Теперь шар больше не расправлен — его стенки плотно сжаты.

Точно такое же явление происходит и с людьми. Воздух в наших легких, кровь в наших венах, жидкость, которой насыщены наши тела (а живая ткань — это, по существу, плотная, вязкая жидкость), находятся под действием атмосферного давления и создают внутреннее давление в теле, которое направлено наружу и равно давлению атмосферы, направленному внутрь. Суммарное же давление, приложенное к нам, равно нулю, и поэтому мы его не ощущаем и не чувствуем веса давящего на нас воздуха.

Если же мы погрузимся в воду, то давление извне быстро увеличится, а это не может быть скомпенсировано давлением изнутри нашего тела без нанесения ущерба нашим тканям. По этой причине не защищенный ничем, кроме водолазного костюма, человек может проникнуть только на строго ограниченную глубину, независимо от того, настолько хорошо он снабжается кислородом. С другой стороны, живые формы, приспособленные к жизни на глубине, существуют в самых экстремальных безднах океана, там, где водяное давление превышает тысячу атмосфер. Эти формы жизни также не сознают огромного давления (поскольку оно сбалансировано снаружи и изнутри), которое оказывается на них, и также беспрепятственно перемещаются, как это делаем мы, не замечающие давления воздуха.

Как только было признано, что воздух имеет вес и способен создавать давление, было также быстро признано, что это можно легко продемонстрировать, если обеспечить разность давлений снаружи и изнутри. Другими словами, казалось, что возможно полностью удалить воздух изнутри сосуда, создав там «вакуум» (латинское слово, означающее «пустой»), так чтобы атмосферное давление извне осталось не уравновешенным каким-либо заметным давлением изнутри. Торричелли получил (по случайной неосторожности) первый искусственно созданный вакуум, когда он перевернул вверх ногами свою трубку сртутью. Ртутный столбик, который выливался в чашку, оставлял после себя небольшой объем «ничего» (если не считать небольших завихрений паров ртути); это явление до сих пор называется «Торричеллиева пустота».

Всего на несколько лет позже, в 1650 году, немецкий физик Отто фон Герике (1602–1686) изобрел механическое устройство, которое постепенно отсасывало воздух из контейнера. Это позволило ему по желанию формировать вакуум различной требуемой величины и демонстрировать эффекты неуравновешенного атмосферного давления. Он создал такое разрежение, что внешнее атмосферное давление удержало от расцепления два металлических полушария, которые пытались разорвать две упряжки по восемь лошадей, прицепленные к полушариям канатами и подгоняемые кнутами возниц. Когда доступ воздуха в полость, образованную полушариями, был открыт, они развалились на части просто под действием собственного веса.